Книга Бытия. Общая история происхождения

Перед началом инфляции все части крошечного пузырька, борющегося с путами квантовой механики, были в контакте друг с другом, словно точка “Космикомических историй” Кальвино. Будучи в состоянии обмениваться информацией, они все оказались с одинаковыми свойствами, в частности с одной и той же температурой. Инфляционное расширение распространило эту однородность на космические масштабы и сделало ее общим свойством Вселенной. При этом оно же безмерно укрупнило бесконечно малые квантовые флуктуации, имевшиеся внутри первичного пузырька. Мельчайшие флуктуации, раздуваясь в пространстве, достигли космических масштабов, превратившись в итоге в скопления галактик. Расширяясь до космических масштабов, эта мелкая рябь в плотности энергии превратилась в тончайшую сеть, широко раскинувшую свои узлы, становившиеся семенами новых агломератов материи. Эти вариации плотности уплотняли и нити темной материи, собирали вокруг себя пыль и газ, а вокруг них рождались первые звезды и формировались первые галактики.

Из этой горячей связки, жестко детерминированной и одновременно хаотической, между звездными расстояниями космоса и бесконечно малым миром квантовой механики, родились материальные структуры, давшие начало красоте и развитию. Мир без флуктуаций не смог бы породить звезды, галактики и планеты. В совершенной Вселенной не было бы ни весеннего ветерка, ни девичьей улыбки. Мы все произошли от аномалии, которую назвали инфляцией и которая довела квантовую пену до того, что она приобрела космические размеры.

Когда самые изощренные из инструментов, установленные на космических зондах, показали изотропность распределения в точности такой, как предсказывала теория для инфляционных моделей, даже самые упертые из ее противников были вынуждены признать ее предсказательную силу.

И все же оставалась одна колоссальная трудность, чреватая новым кризисом и грозившая развалить все, словно карточный домик. Инфляция и в самом деле с необходимостью приводит Вселенную к состоянию с нулевой локальной кривизной, то есть ее пространство оказывается плоским. Кривизна пространства-времени зависит от плотности содержащихся в нем материи и энергии. При плотности, в точности равной критической, Вселенная оказывается плоской, ее локальная кривизна равна нулю, словно у ровной поверхности, а это означает, что расширение продолжается бесконечно. При плотности больше критической Вселенная замкнута, а ее локальная кривизна положительна, как у поверхности шара, и расширение должно в этом случае замедлиться, сменившись в какой-то момент сжатием, а потом и Большим сжатием. При плотности меньше критической локальная кривизна отрицательна, как у конского седла, и в этом случае расширение тоже будет продолжаться до бесконечности.

Если все действительно начиналось с инфляции, то Вселенная обязательно должна быть плоской; первичный пузырек должен был исхитриться расширяться как-то так, чтобы все его изначальные размеры растянулись до плоского состояния уже в первые мгновения безудержного расширения, и только первичная Вселенная с локальной кривизной, равной нулю, могла бы остаться плоской и спустя миллиарды лет.

Любое начальное отклонение от этого условия было бы безмерно усилено последующим расширением.

Другими словами, один из важнейших способов проверить справедливость теории инфляции следует из измерений локальной кривизны Вселенной или распределения плотности энергии или массы в ней. И тут-то начинаются проблемы.

О локальной кривизне пространства-времени можно судить также по космическому микроволновому фоновому излучению. Достаточно измерить угловой диаметр крошечной неоднородности распределения температуры, разницу в стотысячную долю градуса между соседними областями, наследницами первичных статистических флуктуаций. Но здесь экспериментальные данные совершенно безупречно воспроизводят теоретические предсказания, указывая на то, что Вселенная у нас плоская. И вот этот результат напрочь отказывался согласовываться с измерениями плотности энергии во Вселенной, которые, как представлялось до начала 1990-х годов, должны были означать, что Вселенная открыта, то есть у нее геометрия седла.

Это расхождение оставалось болевой точкой теории инфляции, провоцируя новые возражения ее противников. От нее отказывались, так как она с необходимостью предполагала, что плотность Вселенной равна критической, а из эксперимента получалось, что она недотягивает и до трети.

Открытие темной энергии в 1998 году вынудило отбросить этот аргумент. Из наблюдений следовало, что скорость разбегания далеких галактик растет со временем, а значит, следовало признать существование новой формы энергии, пронизывающей все пространство и делающей вклад в общую массу Вселенной, который равняется двум ее третям. И тогда полная масса оказывалась равной критической, что объясняло, почему у Вселенной плоская геометрия, и окончательно подтверждало справедливость инфляционной теории.

В поисках дымящегося пистолета